Глухенький Олександр Іванович. Системи дозування рідких металів з перехресними електричними і магнітними полями при повздовжньому струмі в каналі

Короткий опис

Глухенький Олександр Іванович. Системи дозування рідких металів з перехресними електричними і магнітними полями при повздовжньому струмі в каналі : Дис... канд. наук: 05.09.03 - 2007.

Глухенький О. І. Системи дозування рідких металів з перехресними електричними і магнітними полями при повздовжньому струмі в каналі. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2007.
Дисертаційна робота присвячена подальшому розвитку теорії електромагнітних процесів в системах порційного дозування рідких металів, що використовують силову дію перехресних електричних і магнітних полів при повздовжньому струмі в каналі і реалізують малоінерційну схему стопорного дозування.
В роботі розроблено математичні моделі електромагнітних процесів в системах з перехресними електричними і магнітними полями при кондукційному та індукційному введенні електричного струму в канал, визначено характеристики силового впливу електромагнітного поля на рідкий метал. Досліджено гідродинамічні процеси в дозаторах, що реалізують керований розпад струменів та електромагнітне стопоріння рідкого металу, встановлено взаємозв'язки електромагнітних і технологічних характеристик. Розроблено методики розрахунку електромагнітних параметрів дозуючих пристроїв, визначено закономірності перехідних процесів в електромагнітних дозаторах і розроблено для них системи живлення та керування. Результати роботи знайшли практичне використання при створенні нових конструкцій електромагнітних дозуючих пристроїв та установок з підвищеними продуктивністю і точністю дозування.

В дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача подальшого розвитку теорії систем електромагнітного дозування рідкого металу з перехресними електричними і магнітними полями шляхом створення математичних моделей і методик для визначення та дослідження параметрів і характеристик цих систем, встановлення взаємозв'язку електромагнітних і гідродинамічних процесів в стаціонарних і перехідних режимах, що є основою для розробки та створення нових пристроїв і установок з підвищеними продуктивністю і точністю дозування.
При цьому отримано наступні основні наукові і практичні результати:
1. На основі аналізу проблеми дозування рідких металів визначена необхідність розробки електромагнітних дозаторів з високими продуктивністю і точністю дозування. Показано, що такі дозатори можуть бути створені на основі систем із зовнішнім магнітним полем і повздовжнім електричним струмом в каналі, які здатні забезпечити високий рівень електромагнітного впливу і дозволяють реалізувати малоінерційну стопорну схему дозування.
2. Отримано аналітичне рішення задачі розрахунку електромагнітного поля в системі електромагніт канал”, що дозволяє при заданих струмах розрахувати розподіл густини електричного струму і індукції магнітного поля в каналі з рідким металом.
3. Для електромагнітної системи дозатора в плоскопаралельному наближенні розроблено модель для чисельного розрахунку електромагнітного поля, в якій поле в каналі з повздовжнім струмом відносно векторного магнітного потенціалу описується інтегро-диференційним рівнянням. Встановлено, що при висоті каналу, яка не перевищує висоту полюсного наконечника, неузгодженість результатів аналітичного і чисельного розрахунків не перевищує 5%, а розбіжність їх з експериментом становить менше 10%.
4. Для електромагнітного дозатора з індукційним введенням електричного струму розроблено квазітривимірну коло-польову модель системи індуктор масивний рідкометалевий виток електромагніт”, яка дозволяє при заданих напругах на котушках електромагніту і індуктора визначити характеристики електромагнітного поля в системі. Визначено робочі режими стопорного дозатора, розраховано його параметри та енергетичні характеристики.
5. Розроблено еквівалентні схеми заміщення дозуючих систем з кондукційним і індукційним введенням струму в рідкий метал. Для окремих елементів системи (електромагніту, каналу, індуктора) розроблено методики розрахунку електромагнітних параметрів. Отримано вирази для визначення активного та реактивного опорів каналу. Встановлено, що, якщо висота каналу не перевищує глибину проникнення електромагнітного поля, то екрануючим впливом рідкого металу на електромагнітні параметри дозатора можна знехтувати.
6. Створено імітаційну модель для візуального моделювання стаціонарних і нестаціонарних електромагнітних процесів в дозаторі. Розроблено алгоритм керування, що забезпечує відсутність перенапруг і надструмів в колах дозатора. Запропоновано і досліджено схеми живлення дозатора з компенсацією реактивної потужності, з реверсуванням електромагнітного тиску в циклі дозування, з форсуванням електромагнітного тиску в початковий момент стопоріння металу.
7. Визначено характеристики силового впливу електромагнітного поля в дозаторах: густину електромагнітних сил і електромагнітний тиск, що розвивається в рідкому металі. Проведено аналіз їх розподілу по висоті каналу, отримано умови, при яких постійна і змінна в часі складові електромагнітного тиску в каналі досягають максимальних і мінімальних (нульових) значень.
8. Для електромагнітного дозатора, що працює в режимі вимушеного капілярного розпаду струменів, розраховано пульсації тиску в каналі з врахуванням коливального руху рідкого металу. Встановлено, що амплітуда пульсацій тиску істотно залежить від кута зсуву фаз між струмами в каналі і котушках електромагніту. Максимальний тиск при цьому досягається при кутах в діапазоні (0p/2) радіан.
9. Виконано дослідження стаціонарних гідродинамічних процесів в стопорному дозаторі при спільній дії на рідкий метал електромагнітних сил і сил тяжіння. Встановлено, що при рівномірному розподілі електромагнітних сил коефіцієнт послаблення електромагнітного тиску в дозаторі близький до 0,5. Зумовлений вихровими струмами нерівномірний розподіл сил по висоті каналу підвищує ефективність електромагнітного впливу на рідкий метал у режимі втримання металу (коефіцієнт послаблення більше 0,5) і знижує її при видачі дози (коефіцієнт послаблення менше 0,5).
10. В результаті досліджень нестаціонарної течії рідкого металу в дозаторі визначено, що час встановлення тиску на нижній стінці каналу при вмиканні індуктора істотно перевищує аналогічний час при його вимиканні. Для зменшення часу перехідного гідродинамічного процесу та забезпечення більш чіткого відокремлення дози запропоновано в початковий момент стопоріння збільшувати (форсувати) рівень електромагнітних сил з наступним його зменшенням до необхідного для утримання металу рівня.
11. Розроблено системи електромагнітного дозування рідкого металу, що забезпечують істотне підвищення продуктивності та точності дозування. Серед них стопорний електромагнітний дозатор для виробництва з алюмінію гранульованого розкислювача сталі, установка для виробництва свинцевого дробу (впроваджена на підприємствах Стелла-97” (м. Херсон, 2002р.) і Фетис Плюс” (м. Бійськ, Росія; 2006р.)), а також дослідно-промислова установка для виробництва алюмінієвих гранул (впроваджена на підприємствах АТ Волгоградский алюминиевый завод” (Росія) і АТ Павлодарский алюминиевый завод” (Казахстан)).
12. Розроблені математичні моделі електромагнітного поля та методики визначення електромагнітних параметрів доцільно використовувати при розробці різних по технологічному призначенню пристроїв, силовий вплив в яких створюється в результаті взаємодії зовнішнього поперечного магнітного поля з повздовжнім електричним струмом в каналі.